synchronized是Java中的关键字,是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种:
修饰一个方法
被修饰的方法称为同步方法,其作用的范围是整个方法,作用的对象是调用这个方法的对象;
修饰一个静态的方法
其作用的范围是整个静态方法,作用的对象是这个类的所有对象;
修饰一个代码块
被修饰的代码块称为同步语句块,其作用的范围是大括号{}括起来的代码,作用的对象是调用这个代码块的对象;
修饰一个类
其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分,作用主的对象是这个类的所有对象。
修饰一个方法
被修饰的方法称为同步方法,其作用的范围是整个方法,作用的对象是调用这个方法的对象;
如果多个线程访问同一个对象的实例变量,可能出现非线程安全问题。
例子:a线程set后sleep2000ms,看b线程是否可以趁机set,造成非线程安全
HasSelfPrivateNum.java:
package service;
public class HasSelfPrivateNum {
private int num = 0;
public void addI(String username) {
try {
if (username.equals("a")) {
num = 100;
System.out.println("a set over!");
Thread.sleep(2000);
} else {
num = 200;
System.out.println("b set over!");
}
System.out.println(username + " num=" + num);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
A:
package extthread;
import service.HasSelfPrivateNum;
public class ThreadA extends Thread {
private HasSelfPrivateNum numRef;
public ThreadA(HasSelfPrivateNum numRef) {
super();
this.numRef = numRef;
}
@Override
public void run() {
super.run();
numRef.addI("a");
}
}
B:
package extthread;
import service.HasSelfPrivateNum;
public class ThreadB extends Thread {
private HasSelfPrivateNum numRef;
public ThreadB(HasSelfPrivateNum numRef) {
super();
this.numRef = numRef;
}
@Override
public void run() {
super.run();
numRef.addI("b");
}
}
run:
package test;
import service.HasSelfPrivateNum;
import extthread.ThreadA;
import extthread.ThreadB;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
HasSelfPrivateNum numRef = new HasSelfPrivateNum();
ThreadA athread = new ThreadA(numRef);
athread.start();
ThreadB bthread = new ThreadB(numRef);
bthread.start();
}
}
结果:a线程set后sleep2000ms,b线程可以趁机set,造成非线程安全
这时我们使用synchronized修饰addI方法:
package service;
public class HasSelfPrivateNum {
private int num = 0;
synchronized public void addI(String username) {
try {
if (username.equals("a")) {
num = 100;
System.out.println("a set over!");
Thread.sleep(2000);
} else {
num = 200;
System.out.println("b set over!");
}
System.out.println(username + " num=" + num);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
结果:B不能set了,说明线程安全。
注意:我们取得的是对象锁,也就是说,一个对象一个锁,而不是锁住整个类或者代码或者方法。
例子:两个对象两个锁
打印名字后sleep,最后打印end
package extobject;
public class MyObject {
synchronized public void methodA() {
try {
System.out.println("begin methodA threadName="
+ Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(5000);
System.out.println("end");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
A:
package extthread;
import extobject.MyObject;
public class ThreadA extends Thread {
private MyObject object;
public ThreadA(MyObject object) {
super();
this.object = object;
}
@Override
public void run() {
super.run();
object.methodA();
}
}
B:
package extthread;
import extobject.MyObject;
public class ThreadB extends Thread {
private MyObject object;
public ThreadB(MyObject object) {
super();
this.object = object;
}
@Override
public void run() {
super.run();
object.methodA();
}
}
RUN:
package test.run;
import extobject.MyObject;
import extthread.ThreadA;
import extthread.ThreadB;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyObject object = new MyObject();
ThreadA a = new ThreadA(object);
a.setName("A");
ThreadB b = new ThreadB(object);
b.setName("B");
a.start();
b.start();
}
}
结果:两个对象互不影响,各自运行各自上锁
其它方法被调用是什么效果呢?
之前做实验是因为怕大家不理解知识,现在大家已经有了一定的基础,这个结论不再做实验。
结论:
如果A线程持有x对象的锁,B线程不可调用synchronized修饰的方法,但是可以异步调用没有被synchronized修饰的方法
synchronized具有锁重入功能,也就是说一个线程获得锁,再次请求是可以再次得到对象的锁的
下面做实验验证这个结论:
package myservice;
public class Service {
synchronized public void service1() {
System.out.println("service1");
service2();
}
synchronized public void service2() {
System.out.println("service2");
service3();
}
synchronized public void service3() {
System.out.println("service3");
}
}
thread:
package extthread;
import myservice.Service;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
Service service = new Service();
service.service1();
}
}
run:
package test;
import extthread.MyThread;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t = new MyThread();
t.start();
}
}
结果验证了上面的结论:
注:在父子类之间同样适用,不再做实验
但是如果一个线程出现了异常,难道就永远锁住了资源吗?其实不是的,出现异常自动释放锁。
实验:让a锁住对象后出现异常,看b是否可以拿到锁,代码不再展示。
结果:b可以正常执行。
修饰一个静态的方法
其作用的范围是整个静态方法,作用的对象是这个类的所有对象;
也就是说整个类就一个锁,这也和静态的概念相符(静态方法和属性是属于类的而不是具体一个对象的)
让我们来验证这个结论:
service:
package service;
public class Service {
synchronized public static void printA() {
try {
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName()
+ "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printA");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName()
+ "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printA");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
synchronized public static void printB() {
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "在"
+ System.currentTimeMillis() + "进入printB");
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "在"
+ System.currentTimeMillis() + "离开printB");
}
}
a:
package extthread;
import service.Service;
public class ThreadA extends Thread {
private Service service;
public ThreadA(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.printA();
}
}
b:
package extthread;
import service.Service;
public class ThreadB extends Thread {
private Service service;
public ThreadB(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.printB();
}
}
run:
package test;
import service.Service;
import extthread.ThreadA;
import extthread.ThreadB;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
Service service1 = new Service();
Service service2 = new Service();
ThreadA a = new ThreadA(service1);
a.setName("A");
a.start();
ThreadB b = new ThreadB(service2);
b.setName("B");
b.start();
}
}
结果:
但是,请注意一个显而易见的结论:a线程访问synchronized修饰的静态方法时,b线程可以访问synchronized修饰的非静态方法,原因也很容易想到:静态方法是属于类的,普通方法是属于对象本身的,所以一个是对象锁,一个是class锁,不会影响。
为了验证这个结论,我们做实验看看结果。
service:
AB为静态的,C普通的。
package service;
public class Service {
synchronized public static void printA() {
try {
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName()
+ "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printA");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName()
+ "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printA");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
synchronized public static void printB() {
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "在"
+ System.currentTimeMillis() + "进入printB");
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "在"
+ System.currentTimeMillis() + "离开printB");
}
synchronized public void printC() {
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "在"
+ System.currentTimeMillis() + "进入printC");
System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "在"
+ System.currentTimeMillis() + "离开printC");
}
}
a:
package extthread;
import service.Service;
public class ThreadA extends Thread {
private Service service;
public ThreadA(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.printA();
}
}
b:
package extthread;
import service.Service;
public class ThreadB extends Thread {
private Service service;
public ThreadB(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.printB();
}
}
c:
package extthread;
import service.Service;
public class ThreadC extends Thread {
private Service service;
public ThreadC(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.printC();
}
}
run:
package test;
import service.Service;
import extthread.ThreadA;
import extthread.ThreadB;
import extthread.ThreadC;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
Service service = new Service();
ThreadA a = new ThreadA(service);
a.setName("A");
a.start();
ThreadB b = new ThreadB(service);
b.setName("B");
b.start();
ThreadC c = new ThreadC(service);
c.setName("C");
c.start();
}
}
结果:
说明:验证了结论,因为AB同步执行,C异步执行。
修饰一个代码块
被修饰的代码块称为同步语句块,其作用的范围是大括号{}括起来的代码,作用的对象是调用这个代码块的对象;(而不一定是本对象了)
(synchronized方法是对当前对象加锁,synchronized代码块是对某个对象加锁)
用synchronized声明方法是有弊端的,比如A调用同步方法执行一个很长时间的任务,这时B就必须等待,有时候这种长时间等待是低效率且没有必要的,这时我们就要认识一下synchronized同步代码块了。
格式是这样的:synchronized(类名){......}
我们先来认识第一种用法来体会修饰代码块的好处:
synchronized(this)同步代码块:a调用相关代码后,b对其它synchronized方法和synchronized(this)同步代码块调用会阻塞。但是没有被synchronized修饰的代码就得以执行,不像之前修饰方法那么死板了。
我们来看一个例子:
第一个循环异步,第二个循环同步:
package mytask;
public class Task {
public void doLongTimeTask() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("nosynchronized threadName="
+ Thread.currentThread().getName() + " i=" + (i + 1));
}
System.out.println("");
synchronized (this) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("synchronized threadName="
+ Thread.currentThread().getName() + " i=" + (i + 1));
}
}
}
}
thread1:
package mythread;
import mytask.Task;
public class MyThread1 extends Thread {
private Task task;
public MyThread1(Task task) {
super();
this.task = task;
}
@Override
public void run() {
super.run();
task.doLongTimeTask();
}
}
thread2:
package mythread;
import mytask.Task;
public class MyThread2 extends Thread {
private Task task;
public MyThread2(Task task) {
super();
this.task = task;
}
@Override
public void run() {
super.run();
task.doLongTimeTask();
}
}
run:
package test;
import mytask.Task;
import mythread.MyThread1;
import mythread.MyThread2;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
Task task = new Task();
MyThread1 thread1 = new MyThread1(task);
thread1.start();
MyThread2 thread2 = new MyThread2(task);
thread2.start();
}
}
结果:
在非同步代码块时,是交叉打印的
同步代码块时排队执行:
另一个用法:
synchronized(非this)同步代码块(也就是说将任意对象作为对象监视器):
格式:synchronized(非this对象x){......}
1、当多个线程持有的对象监听器为同一个对象时,依旧是同步的,同一时间只有一个可以访问,
2、但是对象不同,执行就是异步的。
这样有什么好处呢?
(因为如果一个类有很多synchronized方法或synchronized(this)代码块,还是会影响效率,这时用synchronized(非this)同步代码块就不会和其它锁this同步方法争抢this锁)
实验
第一点我们就不验证了,因为体现不出它的好处,我们验证第二点:
service:
一个同步非this代码块,一个同步方法:
package service;
public class Service {
private String anyString = new String();
public void a() {
try {
synchronized (anyString) {
System.out.println("a begin");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("a end");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
synchronized public void b() {
System.out.println("b begin");
System.out.println("b end");
}
}
a:
package extthread;
import service.Service;
public class ThreadA extends Thread {
private Service service;
public ThreadA(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.a();
}
}
b:
package extthread;
import service.Service;
public class ThreadB extends Thread {
private Service service;
public ThreadB(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.b();
}
}
run:
package test;
import service.Service;
import extthread.ThreadA;
import extthread.ThreadB;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
Service service = new Service();
ThreadA a = new ThreadA(service);
a.setName("A");
a.start();
ThreadB b = new ThreadB(service);
b.setName("B");
b.start();
}
}
结果:
确实是异步的。
最后一个要注意的点:我们知道synchronized(非this对象x){......}是将对象x监视,这也就意味着当线程a调用这段代码时,线程b调用类x中的同步方法和代码块也会是同步的效果(阻塞)。
为了让大家更明白,做最后一个例子:
首先创建一个有静态方法的类:
package test2.extobject;
public class MyObject {
synchronized public void speedPrintString() {
System.out.println("speedPrintString ____getLock time="
+ System.currentTimeMillis() + " run ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName());
System.out.println("-----------------");
System.out.println("speedPrintString releaseLock time="
+ System.currentTimeMillis() + " run ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName());
}
}
然后用 synchronized(非this对象x){......}的形式引用它,并进入这个代码块,然后看看这时这个静态方法是否可以被调用。
service:作用是synchronized(object)
package test2.service;
import test2.extobject.MyObject;
public class Service {
public void testMethod1(MyObject object) {
synchronized (object) {
try {
System.out.println("testMethod1 ____getLock time="
+ System.currentTimeMillis() + " run ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(5000);
System.out.println("testMethod1 releaseLock time="
+ System.currentTimeMillis() + " run ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
threadA:
package test2.extthread;
import test2.extobject.MyObject;
import test2.service.Service;
public class ThreadA extends Thread {
private Service service;
private MyObject object;
public ThreadA(Service service, MyObject object) {
super();
this.service = service;
this.object = object;
}
@Override
public void run() {
super.run();
service.testMethod1(object);
}
}
threadB:
package test2.extthread;
import test2.extobject.MyObject;
public class ThreadB extends Thread {
private MyObject object;
public ThreadB(MyObject object) {
super();
this.object = object;
}
@Override
public void run() {
super.run();
object.speedPrintString();
}
}
run:
package test2.run;
import test2.extobject.MyObject;
import test2.extthread.ThreadA;
import test2.extthread.ThreadB;
import test2.service.Service;
public class Run {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Service service = new Service();
MyObject object = new MyObject();
ThreadA a = new ThreadA(service, object);
a.setName("a");
a.start();
Thread.sleep(100);
ThreadB b = new ThreadB(object);
b.setName("b");
b.start();
}
}
结果:
是同步的。
当然,把修饰方法改为修饰代码块也是一样不能被执行的。
Synchronized的作用主要有三个:(1)确保线程互斥的访问同步代码(2)保证共享变量的修改能够及时可见(3)有效解决重排序问题。
synchronized底层原理
在 Java 早期版本中,synchronized属于重量级锁,效率低下,因为监视器锁(monitor)是依赖于底层的操作系统来实现,Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一个线程,都需要操作系统帮忙完成,而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态,这个状态之间的转换需要相对比较长的时间,时间成本相对较高。
在 Java 6 之后从 JVM 层面对synchronized 较大优化,锁的实现引入了如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。
synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令。
其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置,monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。
当执行 monitorenter 指令时,线程试图获取锁也就是获取 monitor(monitor对象存在于每个Java对象的对象头中,synchronized 锁便是通过这种方式获取锁的,也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因) 的持有权.当计数器为0则可以成功获取,获取后将锁计数器设为1也就是加1。相应的在执行 monitorexit 指令后,将锁计数器设为0,表明锁被释放。如果获取对象锁失败,那当前线程就要阻塞等待,直到锁被另外一个线程释放为止。
synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令,取得代之的是ACC_SYNCHRONIZED标识,该标识指明了该方法是一个同步方法,JVM 通过该 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法,从而执行相应的同步调用。但是原理其实都是类似的。具体的实现是操作系统的知识可以去翻我操作系统的文章。
锁详解
锁主要存在四种状态,依次是:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态,他们会随着竞争的激烈而逐渐升级。注意锁可以升级不可降级,这种策略是为了提高获得锁和释放锁的效率。
自旋:当有个线程A去请求某个锁的时候,这个锁正在被其它线程占用,但是线程A并不会马上进入阻塞状态,而是循环请求锁(自旋)。这样做的目的是因为很多时候持有锁的线程会很快释放锁的,线程A可以尝试一直请求锁,没必要被挂起放弃CPU时间片,因为线程被挂起然后到唤醒这个过程开销很大,当然如果线程A自旋指定的时间还没有获得锁,仍然会被挂起。
自适应性自旋:自适应性自旋是自旋的升级、优化,自旋的时间不再固定,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态决定。例如线程如果自旋成功了,那么下次自旋的次数会增多,因为JVM认为既然上次成功了,那么这次自旋也很有可能成功,那么它会允许自旋的次数更多。
锁消除是指虚拟机即时编译器在运行时,对一些代码上要求同步,但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。
偏向锁的目的是消除数据在无竞争情况下的同步原语,进一步提高程序的运行性能。如果说轻量级锁是在无竞争的情况下使用CAS操作去消除同步使用的互斥量,那么偏向锁就是在无竞争的情况下把整个同步都消除掉,连CAS操作都不用做了。偏向锁默认是开启的,也可以关闭。